DISPOSITIVI E CIRCUITI INTEGRATI Corso di recupero in

DISPOSITIVI E CIRCUITI INTEGRATI Corso di recupero in Fondamenti di Elettronica – Università di Palermo A. A. 2014 -2015

Preparazione del monocristallo: Metodo di Czocralsky

Tecnologia planare 1) formazione dello strato epitassiale 2) formazione dello strato di biossido di silicio 3) rimozione selettiva del biossido tramite fotolitografia 4) diffusione o impiantazione ionica delle impurità droganti 5) metallizzazione

Si. O 2 Si fotoresist Si. O 2 Si - Ossidazione Fotolitografia - Preparazione per la fotolitografia luce U. V. lastra di vetro con zone opache - Esposizione attraverso la maschera - Rimozione del resist esposto (sviluppo) - Attacco del Si. O 2 con acido fluoridrico - Rimozione del resist non esposto - Introduzione delle impurità (drogaggio)

Esempio di dispositivo integrato (CMOS)

Carico attivo vgs 2 = 0 v. GS = 0 i v = RDdii carico retta 1/ RD v VDD (ro 2 » RD)

Evoluzione famiglie logiche SSI (Small Scale Integration), massimo di dieci porte logiche VLSI MSI (Medium Scale Integration), da dieci a cento porte logiche LSI (Large Scale Integration), da cento a mille porte logiche SSI, MSI, LSI VLSI (Very Large Scale Integration), numero di porte logiche > mille 4 p. J 1, 5 ns

Caratteristiche famiglie logiche TTL CMOS • Tensione di alimentazione VCC 4, 5 -5, 5 V • Corrente di alimentazione ICC 10 m. A ≈0 • Potenza dissipata Pd 10 m. W 10 n. W 0, 8 V 2 V 0, 4 V 2, 4 V VCC /3 2·VCC /3 ≈0 ≈ VCC • Livelli di tensione di ingresso e di uscita: VILmax VCC VIHmin VOHmin VIHmin circuito VOLmax integrato VOHmin V ILmax 0 VOLmax 0 3 -18 V

Caratteristiche famiglie logiche TTL • Livelli di corrente di ingresso e di uscita: IILmax IIHmax IOLmax IOHmax 1, 6 m. A 40 m. A 16 m. A 400 m. A CMOS 1 p. A 1 m. A

Caratteristiche famiglie logiche TTL CMOS • Fan-out sul livello alto 10 50 • Fan-out sul livello basso 10 50 30 m. A 5 m. A 10 ns 100 ns • Corrente di cortocircuito Ios • Tempi di commutazione tp =

MOSFET in commutazione Vo = VDD DS(ON) VGS > < Vt VDS(ON) RD » r. ON

Famiglia CMOS -VDD 0== VDD Conduzione: VGS < Vt (negativa) PMOS VDD Conduzione: VGS > Vt (positiva) NMOS VDD 0 = inverter

Famiglia CMOS

CMOS: protezione ingressi

CMOS: dissipazione di potenza

Caratteristiche CMOS

Open collector/open drain Si può alimentare la resistenza di pull-up RC con una tensione diversa da quella propria della porta logica

Buffer (Driver) • Pilotaggio di lampade, relè, linee, ecc. • Uscita (tipica) in open drain 01 VOH(max) = 30 V IOL(max) = 40 m. A RL = 1, 3 k. W = 18 m. A (< 40 m. A)

Porte three-state A 0 1 × G 1 1 0 Y 0 1 Z A G Y = 01 0 0 0 1 × 1 Z L’ingresso d’abilitazione deve rendere interdetti entrambi i MOSFET

Trigger di Schmitt jitter

Porte di trasmissione =1 =0 Se C = 1 i transistor sono accesi e i punti 1 e 2 sono connessi dalla bassa r. ON dei due MOSFET in parallelo Se C = 0 i transistor sono entrambi interdetti e 1 e 2 sono scollegati

Pilotaggio TTL-LED Con ACMOS-ACTMOS:

Pilotaggio CMOS (4000 B)-LED oppure per aumentare la corrente d’uscita… max 0, 44 m. A … e in tutti quei casi in cui non si è sicuri se l’integrato è in grado di erogare corrente sufficiente a fare accendere i LED